AEM: 基于 α- 环糊精与三碘离子主客体络合的高性能离子热电电容器

研究背景：全球能源危机凸显了离子热电（i-TE）材料研究的重要性，其可将废热转化为电能，减少对化石燃料的依赖。i-TE 材料基于离子扩散，具有高热电势和材料特性优势，分为热电化学电池（TGCs）和离子热电电容器（ITECs）。ITECs 依赖索雷特效应产生非法拉第电位差，其热电势与阴阳离子扩散系数和 Eastman 熵差异有关，此前研究多聚焦于通过控制离子间相互作用提升热电势，主客体络合在 ITEC 设计中的应用较少。

实验方法：以戊二醛（GLA）为交联剂，将 α-CD 接枝到 PVA 链上制备水凝胶，再浸入 NaI 溶液。采用多种光谱分析技术（FTIR、¹³C-NMR、UV-vis 光谱、XPS）、微观结构表征技术（SEM、SAXS、XRD）和力学性能测试方法（拉伸测试、动态流变测试），并搭建定制装置测量热电性能。

实验结果

光谱分析：多种光谱技术证实了 PVA/α-CD/NaI 水凝胶化学交联成功以及 α-CD 与 I₃⁻的配位机制。

微观结构和力学性能：水凝胶具有利于离子传导的微孔结构，α-CD 插入使无定形区域增加，降低了 PVA 结晶度，导致弹性模量降低但仍可弯曲，NaI 浓度对力学性能影响较小。

热电性能：α-CD 和 NaI 浓度影响热电势和离子电导率。α-CD 与 I₃⁻的主客体络合对提升 p 型热电水凝胶性能至关重要，PVAα₀.₁₂/I₀.₃样品性能最优。该水凝胶作为 ITEC 展现出良好的充放电性能、灵敏度和可重复性，3-leg ITEC 模块能产生稳定热电电压。

研究结论：首次将主客体络合应用于 ITECs 领域，利用 α-CD 和 I₃⁻制备的 PVA/α-CD/NaI 水凝胶系统展现出优异的热电性能和机械性能，为开发先进 ITECs 提供了新途径。

图文简介

a) 所设计的 PVA/α - CD/NaI 水凝胶的示意图。b) PVA/α - CD 水凝胶的合成路线

不同成分的 PVA/α-CD/NaI 水凝胶的光谱表征

PVAα0.12/I0.3 水凝胶样品的热电性能

a) 三腿离子热电电容器（ITEC）模块的示意图与实际装置。b) 重复进行的四阶段充放电测试的电压 - 时间和温度 - 时间曲线。

论文信息

通讯作者：Cheng-Liang Liu